超高速拉伸試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高速拉伸試驗(yàn)裝置，屬于非常規(guī)金屬材料拉伸試驗(yàn)技術(shù)與力學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。包括沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元、信號(hào)檢測(cè)單元、連接及支撐單元。通過(guò)外部系統(tǒng)的控制，沖擊氣缸產(chǎn)生沖擊力，在其作用下，氣缸體與活塞帶動(dòng)滑塊Ⅰ，滑塊Ⅰ與滑塊Ⅱ碰撞后以相同的速度沿光杠直線運(yùn)動(dòng)，滑塊與試件夾具通過(guò)連接塊相連。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，拉伸速度高，檢測(cè)精度高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)超高速拉伸功能，為進(jìn)一步研究材料的臨界沖擊拉伸速度以及在高速作用下的變形損傷機(jī)制提供便利，在材料力學(xué)研究領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】超高速拉伸試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非常規(guī)金屬材料拉伸試驗(yàn)技術(shù)與力學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種集驅(qū)動(dòng)、加載、檢測(cè)為一體的超高速拉伸試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]拉伸是測(cè)試材料力學(xué)性能的一種方法，現(xiàn)有的拉伸過(guò)程的研究大都是在靜態(tài)載荷條件下的情形，而在實(shí)際工程應(yīng)用中的構(gòu)件，很多都處在沖擊等動(dòng)態(tài)載荷作用的條件，例如飛機(jī)、火車、汽車等交通工具都是處于高速的狀態(tài)，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，產(chǎn)生的力均是極大的沖擊力。這就迫切需要我們對(duì)材料在動(dòng)態(tài)載荷作用下的力學(xué)性能進(jìn)行研究，較為細(xì)致地了解材料在高速載荷作用下的本構(gòu)關(guān)系及破壞機(jī)理，為進(jìn)行材料篩選或材料設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。因此，設(shè)計(jì)一種體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)試精度高的超高速拉伸試驗(yàn)裝置可為力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域提供新的研究手段，即可對(duì)材料在動(dòng)態(tài)加載過(guò)程中的微觀力學(xué)行為及變形損傷機(jī)制進(jìn)行深入研究。
[0003]材料動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的宏觀研究開(kāi)展較為廣泛，已取得一些可喜的成果。與之相比，微觀特征分析研究則遜色得多，由于缺少相應(yīng)裝置，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展得甚少。近年來(lái)隨著科學(xué)發(fā)展和新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，各種材料在某種特定條件下的性能研究，愈加受到重視。材料的高速拉伸試驗(yàn)就是了解材料特性和變形速度相關(guān)性的基本方法之一。高速拉伸試驗(yàn)，由于速度很高(一般在每秒數(shù)米至數(shù)百米)，一般常規(guī)試驗(yàn)機(jī)如電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，已無(wú)法滿足要求，因此，國(guó)外一些廠家從60年代起就已開(kāi)始了高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的研制和生產(chǎn)，設(shè)計(jì)和采用了多種快速加荷的驅(qū)動(dòng)方式，以適應(yīng)各種速度變化范圍，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹Ｄ壳岸鄶?shù)部門高速拉伸試驗(yàn)只能用沖擊試驗(yàn)機(jī)代替或自制較簡(jiǎn)單的試驗(yàn)裝置進(jìn)行，試驗(yàn)?zāi)芰τ邢?，條件落后。因此，尚需此方面的著重研究，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超高速拉伸試驗(yàn)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)龐大、耗能高，精度低、成本高等問(wèn)題。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，拉伸速度高，檢測(cè)精度高的特點(diǎn)，可以對(duì)材料進(jìn)行超高速拉伸，并且能夠在線監(jiān)測(cè)宏觀試件在載荷作用下的微觀變形以及損傷斷裂過(guò)程，可通過(guò)超高速拉伸測(cè)試獲得材料的斷裂應(yīng)變、臨界沖擊拉伸速度，也可通過(guò)材料的“高速應(yīng)變強(qiáng)化”現(xiàn)象，從而獲得材料在高速拉伸載荷作用下的強(qiáng)度、模量及斷裂應(yīng)變等重要力學(xué)參數(shù)。
[0005]本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
超高速拉伸試驗(yàn)裝置，包括沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元、信號(hào)檢測(cè)單元，所述沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元是:四個(gè)沖擊氣缸14的輸出端活塞與滑塊I 13相連，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制，沖擊氣缸14推產(chǎn)生沖擊力，在其作用下沖擊氣缸14帶動(dòng)滑塊I 13與滑塊II 12碰撞后沿花臺(tái)5上的光杠10做直線運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)滑塊I 13與滑塊II 12碰撞后以相同的速度沿光杠10做反向直線運(yùn)動(dòng)，光杠10穿過(guò)滑塊1、II 13、12，并固定在花臺(tái)上，光杠10與滑塊1、II 13、12間通過(guò)軸承I 11連接，光杠10與花臺(tái)5通過(guò)軸承II 9連接；四個(gè)沖擊氣缸14分別固定在滑塊I 13的四角；支架II 3通過(guò)螺釘固定在花臺(tái)5上，支架I 4通過(guò)螺釘固定在支架II 3上，支架I 4支撐沖擊氣缸14，使其沿支架I 4做直線運(yùn)動(dòng)；試件夾持部分通過(guò)連接塊15和力傳感器19固定在滑塊II 12上，連接塊15穿過(guò)滑塊I 13中間的圓孔，力傳感器19螺紋連接在連接塊15與滑塊II 12上。
[0006]所述的四個(gè)沖擊氣缸14上設(shè)有火花塞，四個(gè)火花塞用一個(gè)導(dǎo)線連接起來(lái)，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制使導(dǎo)線通入電流，則可點(diǎn)燃沖擊氣缸內(nèi)的火藥粉末、汽油噴霧或者氧氫混合氣等可燃物從而釋放大量能量，在沖擊力的作用下，沖擊氣缸與活塞做反方向的直線運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整氣缸內(nèi)可燃物的濃度來(lái)調(diào)整沖擊力，從而調(diào)整拉伸的速度。
[0007]所述的試件夾持部分是由試件17、夾具18、壓板16、連接塊15、力傳感器19組成，所述夾具18通過(guò)螺釘固定在連接塊15上，壓板16通過(guò)螺釘固定在夾具18上，試件17通過(guò)夾具18的凸臺(tái)與壓板16的凹槽夾持，夾具18的凸臺(tái)上分布著尖銳的凸起，增加夾持力。
[0008]所述的信號(hào)檢測(cè)單元由力傳感器19和位移傳感器20組成，所述力傳感器19的一端與滑塊II 12螺紋固定連接，另一端與連接塊15螺紋固定連接，滑塊II 12在直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，力傳感器19用于測(cè)量拉伸過(guò)程中的作用力，位移傳感器20置于兩連接塊15之間。
[0009]所述的滑塊I 13和滑塊II 12的接觸面設(shè)有四個(gè)球形緩沖塊，在滑塊I 13和滑塊
II12碰撞的過(guò)程中起緩沖作用。
[0010]所述的連接塊15的一端與力傳感器19螺絲連接，另一端連接試件17的拉伸夾具，起到連接與傳力的作用。
[0011]所述的花臺(tái)5底部安裝導(dǎo)軌1、I1、III8、7、6從而與外罩I相連，導(dǎo)軌1、11、1118、
7、6之間可相對(duì)滑動(dòng)，方便外罩I的裝卸，花臺(tái)5內(nèi)部通過(guò)螺釘固定四個(gè)三角鐵2保證花臺(tái)強(qiáng)度，花臺(tái)5外部的凸臺(tái)22抵住端蓋，端蓋與外罩I用螺釘固定，保證拉伸過(guò)程的花臺(tái)不竄動(dòng)。
[0012]所述的外罩I與端蓋將超高速拉伸試驗(yàn)裝置封閉，拉伸過(guò)程速度大容易發(fā)生危險(xiǎn)，將裝置放在罩內(nèi)保證超高速拉伸時(shí)的安全性，外罩I頂部設(shè)有觀察窗21，可在觀察窗21上部放置觀測(cè)儀器，直觀的觀測(cè)超高速拉伸的過(guò)程。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，拉伸速度高，檢測(cè)精度高，可以對(duì)材料進(jìn)行超高速拉伸。利用本發(fā)明提出的試驗(yàn)裝置可以對(duì)材料進(jìn)行超高速拉伸，并且能夠在線監(jiān)測(cè)宏觀試件在載荷作用下的微觀變形以及損傷斷裂過(guò)程，可通過(guò)超高速拉伸測(cè)試獲得材料的斷裂應(yīng)變、臨界沖擊拉伸速度，也可通過(guò)材料的“高速應(yīng)變強(qiáng)化”現(xiàn)象，從而獲得材料在高速拉伸載荷作用下的強(qiáng)度、模量及斷裂應(yīng)變等重要力學(xué)參數(shù)。通過(guò)載荷/位移信號(hào)的同步檢測(cè)，應(yīng)用相關(guān)算法，可進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和誤差分析，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)與動(dòng)態(tài)在線觀測(cè)相結(jié)合，實(shí)用性強(qiáng)。綜上所述，本發(fā)明對(duì)豐富材料力學(xué)性能測(cè)試內(nèi)容和促進(jìn)材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)及裝備的發(fā)展，具有重要的理論指導(dǎo)意義和良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0015]圖1為本發(fā)明的立體外觀示意圖； 圖2為本發(fā)明的俯視不意圖；
圖3為本發(fā)明的左視不意圖；
圖4為本發(fā)明的試件夾持部分的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1、外罩;2、三角鐵;3、支架II ;4、支架I ;5、花臺(tái)；6、導(dǎo)軌I ;7、導(dǎo)軌II ;8、導(dǎo)軌III ;9、軸承II ;10、光杠；11、軸承I ;12、滑塊II ;13、滑塊I ;14、沖擊氣缸；15、連接塊；16、壓板；17、試件；18、夾具；19、力傳感器；20、位移傳感器；21、觀察窗；22、凸臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實(shí)施方式】。
[0018]參見(jiàn)圖1至圖4所示，本發(fā)明的超高速拉伸試驗(yàn)裝置包括沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元、信號(hào)檢測(cè)單元、連接及支撐單元，所述沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元是:四個(gè)沖擊氣缸14的輸出端活塞與滑塊I 13相連，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制，沖擊氣缸14推產(chǎn)生沖擊力，在其作用下沖擊氣缸14帶動(dòng)滑塊I 13與滑塊II 12碰撞后沿花臺(tái)5上的光杠10做直線運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)滑塊I 13與滑塊II 12碰撞后以相同的速度沿光杠10做反向直線運(yùn)動(dòng)，光杠10穿過(guò)滑塊1、11 13、12，并固定在花臺(tái)上，光杠10與滑塊1、11 13、12間通過(guò)軸承
I11連接，光杠10與花臺(tái)5通過(guò)軸承II 9連接；四個(gè)沖擊氣缸14分別固定在滑塊I 13的四角；支架II 3通過(guò)螺釘固定在花臺(tái)5上，支架I 4通過(guò)螺釘固定在支架II 3上，支架I 4支撐沖擊氣缸14，使其沿支架I 4做直線運(yùn)動(dòng)；試件夾持部分通過(guò)連接塊15和力傳感器19固定在滑塊II 12上，連接塊15穿過(guò)滑塊I 13中間的圓孔，力傳感器19螺紋連接在連接塊15與滑塊II 12上。
[0019]所述的四個(gè)沖擊氣缸14上設(shè)有火花塞，四個(gè)火花塞用一個(gè)導(dǎo)線連接起來(lái)，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制使導(dǎo)線通入電流，則可點(diǎn)燃沖擊氣缸內(nèi)的火藥粉末、汽油噴霧或者氧氫混合氣等可燃物從而釋放大量能量，在沖擊力的作用下，沖擊氣缸與活塞做反方向的直線運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整氣缸內(nèi)可燃物的濃度來(lái)調(diào)整沖擊力，從而調(diào)整拉伸的速度。
[0020]參見(jiàn)圖4所示，所述的試件夾持部分是由試件17、夾具18、壓板16、連接塊15、力傳感器19組成，所述夾具18通過(guò)螺釘固定在連接塊15上，壓板16通過(guò)螺釘固定在夾具18上，試件17通過(guò)夾具18的凸臺(tái)與壓板16的凹槽夾持，夾具18的凸臺(tái)上分布著尖銳的凸起，增加夾持力。
[0021]所述的信號(hào)檢測(cè)單元由力傳感器19和位移傳感器20組成，所述力傳感器19的一端與滑塊II 12螺紋固定連接，另一端與連接塊15螺紋固定連接，滑塊II 12在直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，力傳感器19用于測(cè)量拉伸過(guò)程中的作用力，位移傳感器20 —端通過(guò)螺釘固定在連接塊15上，另一端與另一連接塊15接觸。
[0022]所述的滑塊I 13和滑塊II 12的接觸面設(shè)有四個(gè)球形緩沖塊，在滑塊I 13和滑塊
II12碰撞的過(guò)程中起緩沖作用。
[0023]所述的連接塊15形狀如圖3所示，其一端與力傳感器19螺絲連接，另一端連接試件17的拉伸夾具，起到連接與傳力的作用。
[0024]所述的花臺(tái)5底部安裝導(dǎo)軌1、II >111 8、7、6從而與外罩I相連，導(dǎo)軌1、II JII 8、
7、6之間可相對(duì)滑動(dòng)，方便外罩I的裝卸，花臺(tái)5內(nèi)部通過(guò)螺釘固定四個(gè)三角鐵2保證花臺(tái)強(qiáng)度，花臺(tái)5外部的凸臺(tái)22抵住端蓋，端蓋與外罩I用螺釘固定，保證拉伸過(guò)程的花臺(tái)不竄動(dòng)。
[0025]所述的外罩I與端蓋將超高速拉伸試驗(yàn)裝置封閉，拉伸過(guò)程速度大容易發(fā)生危險(xiǎn)，將裝置放在罩內(nèi)保證超高速拉伸時(shí)的安全性，外罩I頂部設(shè)有觀察窗21，可在觀察窗21上部放置觀測(cè)儀器，直觀的觀測(cè)超高速拉伸的過(guò)程。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高速拉伸試驗(yàn)裝置，包括沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元、信號(hào)檢測(cè)單元，其特征在于:所述沖擊氣缸驅(qū)動(dòng)單元、試件拉伸單元是:四個(gè)沖擊氣缸(14)的輸出端活塞與滑塊1(13)相連，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制，沖擊氣缸(14)推產(chǎn)生沖擊力，在其作用下沖擊氣缸(14)帶動(dòng)滑塊1(13)與滑塊II (12)碰撞后沿花臺(tái)(5)上的光杠(10)做直線運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)滑塊I (13)與滑塊II (12)碰撞后以相同的速度沿光杠(10)做反向直線運(yùn)動(dòng)，光杠(10)穿過(guò)滑塊1、II (13、12)，并固定在花臺(tái)上，光杠(10)與滑塊1、II (13、12)間通過(guò)軸承I(11)連接，光杠(10)與花臺(tái)(5)通過(guò)軸承II (9)連接；四個(gè)沖擊氣缸(14)分別固定在滑塊I (13)的四角；支架II (3)通過(guò)螺釘固定在花臺(tái)(5)上，支架I (4)通過(guò)螺釘固定在支架II(3)上，支架I (4)支撐沖擊氣缸(14)，使其沿支架I (4)做直線運(yùn)動(dòng)；試件夾持部分通過(guò)連接塊(15)和力傳感器(19)固定在滑塊II (12)上，連接塊(15)穿過(guò)滑塊I (13)中間的圓孔，力傳感器(19)螺紋連接在連接塊(15)與滑塊II (12)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的四個(gè)沖擊氣缸(14)上設(shè)有火花塞，四個(gè)火花塞用一個(gè)導(dǎo)線連接起來(lái)，通過(guò)外部系統(tǒng)的控制使導(dǎo)線通入電流，點(diǎn)燃沖擊氣缸內(nèi)的可燃物從而釋放大量能量，在沖擊力的作用下，沖擊氣缸與活塞做反方向的直線運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整氣缸內(nèi)可燃物的濃度來(lái)調(diào)整沖擊力，從而調(diào)整拉伸的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的試件夾持部分是由試件(17)、夾具(18)、壓板(16)、連接塊(15)、力傳感器(19)組成，所述夾具(18)通過(guò)螺釘固定在連接塊(15)上，壓板(16)通過(guò)螺釘固定在夾具(18)上，試件(17)通過(guò)夾具(18)的凸臺(tái)與壓板(16)的凹槽夾持，夾具(18)的凸臺(tái)上分布著尖銳的凸起，增加夾持力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的信號(hào)檢測(cè)單元由力傳感器(19)和位移傳感器(20)組成，所述力傳感器(19)的一端與滑塊II (12)螺紋固定連接，另一端與連接塊(15)螺紋固定連接，滑塊II (12)在直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，力傳感器(19)測(cè)量拉伸過(guò)程中的作用力，位移傳感器(20)置于兩連接塊(15)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的連接塊(15)的一端與力傳感器(19)螺紋連接，另一端連接試件(17)的拉伸夾具，起到連接與傳力的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的滑塊I(13)和滑塊II (12)的接觸面設(shè)有四個(gè)球形緩沖塊，在滑塊I (13)和滑塊II (12)碰撞的過(guò)程中起緩沖作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的花臺(tái)(5)底部安裝導(dǎo)軌1、I1、III(8、7、6)從而與外罩(I)相連，導(dǎo)軌1、ΙΙ、ΠΙ(8、7、6)之間可相對(duì)滑動(dòng)，方便外罩(I)的裝卸，花臺(tái)(5)內(nèi)部通過(guò)螺釘固定四個(gè)三角鐵(2)保證花臺(tái)強(qiáng)度，花臺(tái)(5)外部的凸臺(tái)(22)抵住端蓋，端蓋與外罩(I)用螺釘固定，保證拉伸過(guò)程的花臺(tái)不竄動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超高速拉伸試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的外罩(I)與端蓋將超高速拉伸試驗(yàn)裝置封閉，外罩(I)頂部設(shè)有觀察窗(21 )，觀察窗(21)上部放置觀測(cè)儀器，直觀的觀測(cè)超高速拉伸的過(guò)程。
【文檔編號(hào)】G01N3/04GK104020048SQ201410286760
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】范尊強(qiáng), 張霖, 趙宏偉, 時(shí)月, 邵明坤, 楊倚寒, 劉宏達(dá), 馬志超 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)